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Die Erfindung betrifft einen Mast zur Befestigung einer Nutzlast. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung des Mastes und ein Verfahren zur Herstellung des Mastes.
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Es sind verschiedene Ausführungsformen von Masten bekannt um eine jeweilige Nutzlast zu tragen. So kann ein Mast für eine Antenne beispielsweise aus einem Stahlgerüst, aus Beton und/oder dergleichen bestehen. Ein Gerüst für den Mast, wie etwa ein Stahlgerüst, kann beispielsweise aus einzelnen Stahlstreben und/oder ähnlichen miteinander verbundenen tragenden Stützstrukturen gebildet sein.
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So beschreibt beispielsweise
US 6,173,537 B1 einen Antennen-Mast, der aus miteinander verbundenen ringförmigen Elementen besteht, die zum Bereitstellen des Antennen-Mastes aufeinandergesetzt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Mast, insbesondere einen besonders haltbaren und einfach zu fertigenden Mast, bereitzustellen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird hierzu ein Mast zur Befestigung einer Nutzlast vorgeschlagen, mit einer Mehrzahl von tragenden Profilstützen, wobei die in einem unteren Fußbereich des Mastes befindlichen tragenden Profilstützen mit einer Bodenbefestigungsstruktur des Mastes verbunden sind und wobei die in einem oberen Kopfbereich des Mastes befindlichen tragenden Profilstützen über eine Kopfverbundstruktur miteinander verbunden sind, wobei die in mindestens einem Verbindungsbereich zwischen dem unteren Fußbereich und dem oberen Kopfbereich befindlichen tragenden Profilstützen über eine Verbindungsstruktur des mindestens einen Verbindungsbereiches derart miteinander verbunden sind, dass die tragenden Profilstützen in einem gebogenen und vorgespannten Zustand den Mast bilden, und wobei der Mast im Fußbereich eine größere Breite aufweist als im Kopfbereich, und wobei die Kopfverbundstruktur zumindest durch eine formschlüssige Verbindung zwischen tragenden Profilstützen in dem oberen Kopfbereich gebildet ist.
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Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass Masten ab einer gewissen Höhe eine Eigenfrequenz haben, die deren Haltbarkeit über einen längeren Zeitraum bei wiederholter Krafteinwirkung gefährden. In diesem Zusammenhang wurde erkannt, dass Profilstützen die unter Spannung stehen zu einer höheren Eigenfrequenz des Mastes führen können. Vor diesem Hintergrund führt der gebogene und vorgespannte Zustand der Profilstützen des erfindungsgemäßen Mastes zu einer Erhöhung der Eigenfrequenz des Mastes. Vorzugsweise werden derart hohe Eigenfrequenzen unter gewöhnlichen Umgebungseinflüssen nicht erreicht. Hierdurch können vorteilhaft zusätzlicher Maßnahmen zur Umgehung der Eigenfrequenz, wie sie beispielsweise für Windkraftwerke üblich sind, vermieden werden.
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Vorzugsweise kann die Eigenfrequenz des erfindungsgemäßen Mastes durch die erfindungsgemäße Struktur in einen Bereich von über 15 Hz, wie vorzugsweise über 100 Hz, wie etwa 150 Hz, liegen. Dieser Bereich der Eigenfrequenz liegt deutlich über den 1 Hz bis 5 Hz eines üblichen Stahlrohrmastes.
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Durch die einfache Struktur des erfindungsgemäßen Mastes kann eine einfache Fertigung dieses Mastes gewährleistet werden. Vorzugsweise müssen lediglich Verbindungen im unteren Fußbereich, im oberen Kopfbereich und in dem mindestens einen Verbindungsbereich manuell und/oder automatisiert bereitgestellt werden.
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Die tragenden Profilstützen haben vorzugsweise eine Erstreckungsrichtung zwischen dem unteren Bodenbereich und dem oberen Kopfbereich des Mastes. Die jeweilige Profilstütze zeichnet sich dabei durch ein jeweiliges Querschnittsprofil aus, welches entlang der Erstreckungsrichtung im Wesentlichen gleich bleibt. Eine einzelne Profilstütze kann sich dabei über die komplette Ausdehnung des Mastes zwischen dem Bodenbereich und dem Kopfbereich erstrecken oder alternativ nur für einen Abschnitt zwischen dem Bodenbereich und dem Kopfbereich eine stützende Wirkung haben. Insbesondere können einzelne tragende Profilstützen sich über die komplette Ausdehnung des Mastes erstrecken während andere Profilstützen sich nur über Teilbereiche des Mastes erstrecken.
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Durch die erfindungsgemäße gebogene Form der tragenden Profilstützen des Mastes, hat der gesamte erfindungsgemäße Mast vorzugsweise ein konisches Erscheinungsbild, wie etwa eine konische Silhouette.
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Die Bodenbefestigungsstruktur ist vorzugsweise eine von den Profilstützen verschiedene separate Struktur, durch die der Mast an dem unter dem Mast befindlichen Boden befestigt wird.
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Die Kopfverbundstruktur kann ausschließlich durch die formschlüssige Verbindung der tragenden Profilstützen bereitgestellt sein oder zusätzlich ein separates Strukturelement umfassen.
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Die formschlüssige Verbindung im Kopfbereich kann beispielsweise durch eine Verzahnung zwischen benachbarten Profilstützen bereitgestellt sein. Hierdurch kann besonders einfach eine Bewegung der Profilstützen gegeneinander vermieden oder zumindest gedämpft werden. Hierdurch kann vorteilhaft eine Resonanzfrequenz des erfindungsgemäßen Mastes weiter reduziert werden.
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Der erfindungsgemäße Mast kann auch mehr als einen Verbindungsbereich aufweisen. In diesem Fall umfasst jeder Verbindungsbereich eine jeweilige Verbindungsstruktur. Solche jeweiligen Verbindungsstrukturen können separat oder in einem zumindest teilweise miteinander verbundenen Zustand vorliegen.
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Die Nutzlast kann in verschiedenen Bereichen des erfindungsgemäßen Mastes angeordnet werden, wie etwa im oberen Kopfbereich des Mastes, im unteren Fußbereich des Mastes und/oder in dem mindestens einen Verbindungsbereich.
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Bei der Nutzlast kann es sich beispielsweise um eine Windkraftanlage, eine Reklametafel, eine Antenne, eine Beleuchtung und/oder dergleichen handeln. Es ergibt sich aus dem Wesen der Erfindung, dass der erfindungsgemäße Mast auch zusammen mit der Nutzlast bereitgestellt werden kann. Hierfür kann an dem Mast eine zusätzliche Befestigungsvorrichtung zum sicheren Befestigen der Nutzlast vorgesehen sein. Ein möglicher Aufbau für eine solche zusätzliche Befestigungsvorrichtung ist dem Fachmann angesichts vieler im Markt etablierter Befestigungsvorrichtungen bekannt und wird daher nicht im Folgenden weiter erläutert.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Mastes beschrieben.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mastes sind die tragenden Profilstützen aus der Mehrzahl von tragenden Profilstützen jeweils zwischen der Bodenbefestigungsstruktur und der Kopfverbundstruktur einteilig ausgebildet. Hierdurch kann ein besonders hohes Maß an Stabilität ermöglicht werden, weil die Bodenbefestigungsstruktur direkt über einteilige Profilstützen mit dem Kopfbereich des Mastes verbunden sind. Zudem ermöglichen einteilige gebogene Profilstützen, welche sich über die gesamte Höhe des Mastes erstrecken, einen besonders einfachen Aufbau des erfindungsgemäßen Mastes. In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform gibt es mindestens zwei Profilstützen, die aneinander befestigt sind, um sich gemeinsam über die gesamte Höhe des Mastes zu erstrecken, wobei jede der mindestens zwei Profilstützen sich einzeln nur über einen Teilbereich dieser Höhe erstreckt.
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In einer besonders bevorzugten Variante der vorhergehenden Ausführungsform umfasst die Mehrzahl von tragenden Profilstützen, bevorzugt 3 bis 16 tragende Profilstützen, insbesondere 6 oder 8 tragende Profilstützen. In dieser Variante ist der Aufbau des Mastes besonders einfach möglich angesichts einer geringen Anzahl von Einzelteilen des gesamten Mastes. Vorzugsweise sind alle tragenden Profilstützen dieser Variante identisch ausgebildet. Hierdurch wird der manuelle Aufbau des Mastes besonders einfach, da nicht verschiedene tragende Profilstützen verwechselt werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Mast entlang einer Längsachse des Mastes durch die Anordnung der tragenden Profilstützen eine n-zählige Drehsymmetrie auf, wobei n bevorzugt 3 bis 16, besonders bevorzugt 4 bis 15 beträgt, insbesondere n gleich 6 oder gleich 8 ist. Eine derartige Drehsymmetrie kann zu einer besonders vorteilhaften Stabilität des erfindungsgemäßen Mastes führen. Insbesondere kann der Mast dadurch vergleichbar auf Belastungen aus verschiedenen Richtungen reagieren, da die durch Kraft, beispielsweise durch Wind, beaufschlagte Struktur des Mastes aus allen Richtungen vergleichbar ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die tragenden Profilstützen aus Holz gefertigt. Hierdurch können tragenden Profilstützen des erfindungsgemäßen Mastes besonders günstig und einfach bereitgestellt werden. Zudem können aufwändige Fertigungsschritte, wie sie beispielsweise für ein Stahlgerüst notwendig sind, vermieden werden. In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform bestehen die tragenden Profilstützen aus einem Holz, welches mit einem Holzschutz gegen Witterung, Insekten, Pilzbefall und/oder dergleichen versehen wurde. In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform ist mindestens eine Profilstützen aus Aluminium gefertigt, insbesondere ein aus Aluminium gefertigtes Strangpressprofil.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Kopfverbundstruktur zusätzlich durch eine scheibenförmige Kopfverbindungsstruktur gebildet. In dieser Ausführungsform wird die formschlüssige Verbindung zwischen den tragenden Profilstützen im Kopfbereich ergänzt um die scheibenförmige Kopfverbindungsstruktur. Die Verbindung zwischen einer jeweiligen tragenden Profilstützen und der scheibenförmige Kopfverbindungsstruktur erfolgt vorzugsweise über eine Schraubverbindung. Alternativ oder ergänzend kann eine kraftschlüssige Verbindung und/oder eine formschlüssige Verbindung zwischen einer jeweiligen tragenden Profilstütze und der scheibenförmige Kopfverbindungsstruktur vorliegen. Vorzugsweise ist die scheibenförmige Kopfverbindungsstruktur ringförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist die scheibenförmige Kopfverbindungsstruktur aus einem Metall gebildet. Besonders bevorzugt weist die scheibenförmige Kopfverbindungsstruktur eine Vielzahl von Bohrungen derart auf, dass verschiedener Ausgestaltungen des Mastes, wie beispielsweise ein Mast mit 6-zähliger Drehsymmetrie und ein Mast mit 8-zähliger Drehsymmetrie über die gleiche scheibenförmige Kopfverbindungsstruktur bereitgestellt werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Kopfverbundstruktur mindestens ein Dämpfungselement, welches eine Dämpfung zwischen mindestens zwei tragenden Profilstützen aus der Mehrzahl von Profilstützen bewirkt. Vorzugsweise ist solch ein Dämpfungselement im Bereich der formschlüssigen Verbindung zwischen den tragenden Profilstützen angeordnet. Ein solches Dämpfungselement kann zusätzlich eine Eigenfrequenz des Mastes vorteilhaft erhöhen, da eine Eigenschwingung gedämpft wird. Das Dämpfungselement kann beispielsweise aus einem Kunststoff, einem Gummi, einem Stoff und/oder dergleichen ausgebildet sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindungsstruktur des mindestens einen Verbindungsbereiches scheibenförmig ausgebildet und im aufgestellten Zustand des Mastes horizontal angeordnet. Eine derartige Ausbildung der Verbindungsstruktur ermöglicht ein besonders gleichmäßiges Vorspannen der gebogenen und vorgespannten tragenden Profilstützen. Vorzugsweise ist die Verbindungsstruktur aus Metall gebildet. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen einer jeweiligen Profilstütze und der Verbindungsstruktur durch eine Schraubverbindung, eine Klebeverbindung oder dergleichen gebildet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Verbindungsstruktur des mindestens einen Verbindungsbereiches aus radial und/oder tangential an einer jeweiligen gebogenen und vorgespannten Profilstützen angeordneten Einzelteilen gebildet. Eine derartige Anordnung der Profilstützen an den Einzelteilen der Verbindungsstruktur ermöglicht ein besonders zuverlässiges Vorspannen der Profilstützen. In dieser Ausführungsform können mehrere Einzelteile zusammen die Verbindungsstruktur in mindestens einem Verbindungsbereich des Mastes bilden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Mast mindestens zwei Verbindungsbereiche, insbesondere mindestens 4 Verbindungsbereiche, mit einer jeweiligen Verbindungsstruktur. Durch die Mehrzahl von Verbindungsbereichen in dieser Ausführungsform können die tragenden Profilstützen an mehreren Punkten entlang ihrer Erstreckungsrichtung miteinander zumindest indirekt verbunden werden und dadurch zu einer besonders vorteilhaften Stabilität des erfindungsgemäßen Mastes beitragen. In verschiedenen Verbindungsbereichen können verschiedene Verbindungsstrukturen vorliegen. Insbesondere kann in einem Verbindungsbereich eine einteilige Verbindungsstruktur, wie etwa eine scheibenförmige Verbindungsstruktur, vorliegen und in einem anderen Verbindungsbereich eine mehrteilige Verbindungsstruktur vorliegen. Erfindungsgemäßen sind in jedem Verbindungsbereich die tragenden Profilstützen in dem jeweiligen Verbindungsbereich mit der dort angeordneten Verbindungsstruktur verbunden. Hierdurch kann eine hohe Stabilität des Mastes und eine zuverlässige Vorspannung der jeweiligen Profilstützen ermöglicht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Bodenbefestigungsstruktur durch ein Schraubfundament gebildet. Vorzugsweise umfasst die Bodenbefestigungsstruktur hierfür mindestens eine Metallstruktur. Besonders bevorzugt ist im Fußbereich jeder tragenden Profilstütze eine Metallstruktur angeordnet, insbesondere über eine Schraubverbindung oder dergleichen befestigt. Das Schaubfundament umfasst eine Schraubverbindung mit einer jeweiligen Profilstütze und ein im Boden eingelassenes Fundament. Über ein derartiges Schraubenfundament kann eine stabile Anordnung des Mastes an dem jeweiligen Standort sichergestellt werden. Die Verwendung einer Schraubverbindung innerhalb des Schraubfundamentes erlaubt zudem eine lösbare Befestigung des Mastes und mithin eine Wiederverwendung des Mastes oder zumindest von Teilen des Mastes an einem anderen Standort.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mastes sind die Profilstützen aus der Mehrzahl von Profilstützen identisch ausgebildet. Hierdurch wird eine besonders einfache Bereitstellung der Einzelteile des Mastes ermöglicht, da nicht verschiedener tragende Profilstützen hergestellt werden müssen. Zudem wird eine Montage des erfindungsgemäßen Mastes vereinfacht, da nicht verschiedener Profilstützen miteinander verwechselt werden können. In einer Variante dieser Ausführungsform umfasst der Mast neben den identisch ausgebildeten Profilstützen aus der Mehrzahl von Profilstützen mindestens eine weitere Profilstütze die anders ausgebildet ist als die identischen Profilstützen aus der Mehrzahl von Profilstützen. Eine derartige weitere Profilstützen kann beispielsweise eine Befestigung der Nutzlast an den Mast besonders vorteilhaft ermöglichen. Beispielsweise kann die mindestens eine weitere Profilstützen einer Befestigungsstruktur zum Befestigen der Nutzlast an den Mast umfassen. Durch das Verwenden identischer Profilstützen kann eine Kraftverteilung bei einer beaufschlagten äußeren Kraft, wie beispielsweise bei Wind, besonders gleichmäßig über die Profilstützen des Mastes verteilt sein.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Mast eine Höhe zwischen 5 m und 30 m, insbesondere zwischen 7 m und 20 m, auf. Vorzugsweise weist in dieser Ausführungsform der Mast Profilstützen auf, die sich einteilig zwischen dem unteren Fußbereich und dem oberen Kopfbereich erstrecken. Für die Höhe gemäß dieser Ausführungsform kann besonders vorteilhaft eine einzelne Profilstützen sich über die gesamte Höhe des Mastes erstrecken, sodass die Mehrzahl von Profilstützen eine besonders hohe Stabilität des Mastes gewährleisten kann. Insbesondere kann die hohe Eigenfrequenz des Mastes für solche Höhen besonders zuverlässig durch die vorgespannten und gebogenen Profilstützen und durch die formschlüssige Verbindung im Kopfbereich des Mastes sichergestellt werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung des Mastes gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zur Befestigung einer Antenne, einer Windkraftanlage, einer Werbetafel, einer Beleuchtung und/oder dergleichen.
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Bei einer derartigen Verwendung kann der erfindungsgemäße Mast besonders vorteilhaft genutzt werden. Insbesondere kann eine Höhe zwischen 5 m und 20 m ausreichend sein um an einem solchen Mast eine Antenne, eine Windkraftanlage, eine Werbetafel, eine Beleuchtung und/oder dergleichen zu befestigen. Zudem ist die vergleichsweise hohe Eigenfrequenz des erfindungsgemäßen Mastes besonders vorteilhaft für eine derartige Nutzlast, da beispielsweise eine besonders große Angriffsfläche für Wind vorliegt, so dass eine Schwingungsanregung des Mastes in jedem Fall erfolgt. Vorteilhaft stellt der erfindungsgemäße Mast sicher, dass die Schwingungsanregung nicht die Eigenfrequenz des Mastes erreichen kann.
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Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Mastes gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten
- - Bereitstellen einer Mehrzahl von tragenden Profilstützen;
- - Verbinden von tragenden Profilstützen in einem unteren Fußbereich des Mastes mit einer Bodenbefestigungsstruktur;
- - Verbinden von tragenden Profilstützen miteinander in einem oberen Kopfbereich des Mastes über eine Kopfverbundstruktur; und
- - Verbinden von tragenden Profilstützen miteinander in mindestens einem Verbindungsbereich zwischen dem unteren Fußbereich und dem oberen Kopfbereich über eine Verbindungsstruktur derart, dass die tragenden Profilstützen in einem gebogenen und vorgespannten Zustand den Mast bilden, wobei der Mast im Fußbereich eine größere Breite aufweist als im Kopfbereich und
wobei die Kopfverbundstruktur zumindest durch eine formschlüssige Verbindung zwischen tragenden Profilstützen in dem oberen Kopfbereich gebildet wird.
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Das Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung umfasst die gleichen Vorteile wie der Mast gemäß dem ersten Aspekt Erfindung, da ein solcher Mast durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beschreibt eine Montage des erfindungsgemäßen Mastes, wobei die einzelnen Montageschritte in verschiedenen Reihenfolgen ausgeführt werden können. Vorzugsweise werden die verschiedenen Montageschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb eines Tages ausgeführt. Ein derart schneller Aufbau wird vorteilhaft durch die einfache Struktur des erfindungsgemäßen Mastes ermöglicht.
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Das Verbinden der tragenden Profilstützen im Kopfbereich umfasst zumindest ein Anordnen dieser Profilstützen entsprechend der formschlüssigen Verbindung.
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Die verschiedenen Verbindungen, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden, können jeweils grundsätzlich eine formschlüssige Verbindung, eine stoffschlüssige Verbindung und/oder eine kraftschlüssige Verbindung umfassen. Vorzugsweise können diese verschiedenen Verbindungen manuell bereitgestellt werden.
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Die Erfindung soll nun anhand von in den Figuren schematisch dargestellten, vorteilhaften Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Von diesen zeigen im Einzelnen:
- 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Mastes gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Mastes gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung einer formschlüssigen Verbindung im Kopfbereich des Mastes gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung einer Verbindungsstruktur in einem Verbindungsbereich des Mastes gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
- 5 eine schematische Darstellung einer Bodenbefestigungsstruktur im Fußbereich des Mastes gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
- 6 eine schematische Darstellung möglicher Orte für eine Befestigung von Nutzlast an dem Mast gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung; und
- 7 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Mastes 100 gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung.
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Der Mast 100 ist zur Befestigung einer Nutzlast ausgebildet. Hierfür weist er eine Mehrzahl von tragenden Profilstützen 110 auf.
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Die in einem unteren Fußbereich 120 des Mastes 100 befindlichen tragenden Profilstützen 110 sind mit einer Bodenbefestigungsstruktur 122 des Mastes 100 verbunden. Diese Verbindung wird vorliegend über ein Schraubfundament 124 gebildet, an welches eine jeweilige Profilstütze 110 angeschraubt werden kann. Ein Flansch dieser Bodenbefestigungsstruktur 122 weist Löcher zur Befestigung über eine Verschraubung auf, während ein anderer Abschnitt dieser Bodenbefestigungsstruktur 122 beispielsweise einzementiert, so dass sich durch die Bodenbefestigungsstruktur 122 das Schraubfundament 124 bildet. Ebenso ist es denkbar, dass eine anderweitige Arretierung im Boden erfolgt, etwa mit Hilfe von Erdschrauben, Erdnägeln und/oder Erdankern,
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In einem oberen Kopfbereich 130 des Mastes 100 befinden sich ebenfalls tragenden Profilstützen 110, die dort über eine Kopfverbundstruktur 132 miteinander verbunden sind. Eine mögliche Variante für eine solche Kopfverbundstruktur 132 ist in 3 detailliert dargestellt. Erfindungsgemäß verfügen die tragenden Profilstützen 110 im Kopfbereich 130 über eine derartige Struktur, dass sie über eine formschlüssige Verbindung die Kopfverbundstruktur 132 zumindest teilweise bilden. Zusätzlich zu der in 3 genauer dargestellten formschlüssigen Verbindung verfügt die Kopfverbundstruktur 132 des Mastes 100 über ein einteiliges Verbindungselement, welches eine feste Verbindung der Profilstützen 110 im Kopfbereich 130 sicherstellt, indem es beispielsweise eine Schraubverbindung zwischen einer jeweiligen Profilstütze und dem einteiligen Verbindungselement ermöglicht.
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Schließlich weist der Mast auch mindestens einen Verbindungsbereich 140 auf, vorliegend nämlich 5 Verbindungsbereiche 140. Die Verbindungsbereiche 140 liegen zwischen dem unteren Fußbereich 120 und dem oberen Kopfbereich 130 und weisen jeweils eine Verbindungsstruktur 142 auf. Die jeweilige Verbindungsstruktur 142 ist einteilig ringförmig ausgebildet, wobei sie sich zwischen den verschiedenen Verbindungsbereichen 140 nur in ihrer Größe verändert und ansonsten zumindest ähnlich, vorzugsweise identisch, ausgebildet ist. Über die jeweilige Verbindungsstruktur 142 sind die Profilstützen 110 in dem jeweiligen Verbindungsbereich 140 miteinander verbunden. Dabei sorgt die Kombination aus der Bodenbefestigungsstruktur 122, der Kopfverbundstruktur 132 und der Verbindungsstruktur 142 dafür, dass die tragenden Profilstützen 110 in einem gebogenen und vorgespannten Zustand den Mast 100 bilden.
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Der Mast 100 weist durch die beschriebene Struktur im Fußbereich 120 eine größere Breite als im Kopfbereich 130 auf.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat jede der tragenden Profilstützen eine Erstreckung zwischen dem Fußbereich 120 und dem Kopfbereich 130 und erstreckt sich dadurch im Wesentlichen über eine komplette Höhe des Mastes 100. In einem nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel werden mehrere Profilstützen, welche sich jeweils nur über einen Teilbereich der gesamten Höhe des Mastes erstrecken, aneinander befestigt, um den erfindungsgemäßen Mast bereitzustellen.
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Der Mast 100 hat eine Höhe zwischen 5 m und 30 m, insbesondere zwischen 7 m und 20 m. Zudem sind die Profilstützen aus Holz gefertigt und mit einem Holzschutzmittel behandelt, welches vor Witterung, Insekten, Pilzbefall und/oder dergleichen schützt.
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Der gesamte Mast wird gebildet aus 6 im Wesentlichen identischen Profilstützen 110. In 2 ist ein Mast mit 8 Profilstützen dargestellt. In nicht dargestellten Ausführungsbeispielen weist der erfindungsgemäße Mast vorzugsweise zwischen 3 und 16 Profilstützen, wie etwa zwischen 5 und 10 Profilstützen, auf.
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Durch die Anordnung der Profilstützen 110 um eine zentrale Längsachse 150 des Mastes 100, weist der Mast 100 eine n-zählige Drehsymmetrie auf, wobei es sich vorliegend aufgrund der Anzahl der Profilstützen 110 um eine 6-zählige Drehsymmetrie handelt.
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Grundsätzlich kann der erfindungsgemäße Mast 100 für verschiedene Nutzlasten verwendet werden. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ergeben sich dabei die besonders vorteilhaften Verwendungen des Mastes 100 zur Befestigung einer Antenne, einer Windkraftanlage, einer Werbetafel, einer Beleuchtung und/oder dergleichen. Um solch eine Nutzlast zu tragen kann der Mast 100 beispielsweise eine Befestigungsvorrichtung aufweisen. Solch eine Befestigungsvorrichtung kann beispielsweise an einer Verbindungsstruktur 142, an der Kopfverbundstruktur 132 und/oder an mindestens einer der Profilstützen 110 vorgesehen sein.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Mastes 200 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
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Der Mast 200 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Mast 100 dadurch, dass er nicht sechs Profilstützen 110, sondern acht Profilstützen 110 aufweist. Hierdurch kann der Mast 200 eine höhere Stabilität als der Mast 100 aufweisen. Die Profilstützen 110 das Mastes 200 sind vorzugsweise identisch zu den Profilstützen des Mastes 100 ausgebildet. Durch diese Anordnung der Profilstützen hat der Mast 200 eine 8-zählige Drehsymmetrie bezüglich der zentralen Längsachse 150.
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Zudem ist in 2 ein Fundament 225 der Bodenbefestigungsstruktur 222 dargestellt. Über solch ein Fundament 225 wird der erfindungsgemäße Mast 200 besonders zuverlässig an dem darunterliegenden Boden befestigt. Ferner ist es denkbar, dass der Mast mit diesem Fundament freistehend auf einem entsprechend tragfähigen Boden aufgestellt wird.
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Die jeweilige Verbindungsstruktur 242 in den fünf Verbindungsbereichen 140 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht detailliert dargestellt jedoch vorzugsweise an die daran angeordneten acht Profilstützen 110 angepasst. So weist die jeweilige Verbindungsstruktur 242 vorzugsweise eine Öffnung für eine Schraubverbindung mit einer jeweiligen Profilstützen 110 auf.
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Alternativ oder ergänzend zu den dargestellten Profilstützen aus Holz kann mindestens eine der Profilstützen aus Aluminium gebildet sein, beispielsweise ein Aluminium-Strangpressprofil sein.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer formschlüssigen Verbindung im Kopfbereich 130 des Mastes 100 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
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In 3 sind zwei Profilstützen 110 nicht dargestellt, um einen besseren Überblick über die dargestellte Kopfverbundstruktur 132 zu ermöglichen. Die erfindungsgemäße formschlüssige Verbindung wird dort vorliegend über eine Zahnstruktur 334 im Kopfbereich einer jeweiligen Profilstützen 110 ermöglicht. In diesem Sinne bilden zwei zueinander korrespondierende Zahnstrukturen die erfindungsgemäße formschlüssige Verbindung Durch diese Zahnstruktur 334 wird eine Bewegung der jeweils benachbarten Profilstützen 110 relativ zueinander verhindert.
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Eine Bewegung der Profilstützen 110 zueinander kann zusätzlich gedämpft werden durch ein in der Kopfverbundstruktur 132 befindliches Dämpfungselement, was vorliegend nicht dargestellt ist und eine Dämpfung zwischen mindestens zwei tragenden Profilstützen aus der Mehrzahl von Profilstützen bewirkt. Eine derartige Maßnahme kann zusätzlich die Eigenfrequenz des Mastes 100 bei starker Anregung, beispielsweise durch Wind, erhöhen.
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Die Anordnung der Profilstützen 100 innerhalb der dargestellten Kopfverbundstruktur 132 erfolgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über eine jeweilige Schraubverbindung mit einer zentralen Kopfverbindungsstruktur 336. Vorzugsweise erlaubt die zentrale Kopfverbindungsstruktur 336 eine Verbindung des Mastes 100 mit einer nicht dargestellten Nutzlast im Kopfbereich 130. Vorliegend ist die Kopfverbindungsstruktur 336 scheibenförmlich ausgebildet und aus einem Metall gefertigt.
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Die Kopfverbindungsstruktur 336 bildet zusammen mit der entsprechenden Verbindungsstruktur im Verbindungsbereich und der Bodenbefestigungsstruktur im Fußbereich einen der Bereiche, bei denen die eigentliche Montage des erfindungsgemäßen Mastes 100 über ein Bereitstellen der erforderlichen Verbindungen erfolgt.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Verbindungsstruktur 242 in einem Verbindungsbereich 140 des Mastes 200 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
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Die Verbindungsstruktur 242 ist für einen Mast mit acht Profilstützen 110 aufgrund seiner inneren Struktur mit vier Achsen ausgebildet. Durch die Anordnung dieser Achsen ist die Verbindungsstruktur 242 besonders stabil gegenüber Kräften, die innerhalb der Ebene der Verbindungsstruktur 242 angreifen. Wie in 1 und 2 gezeigt, ist die scheibenförmige Verbindungsstruktur 242 vorzugsweise horizontal innerhalb des aufgestellten Mastes 200 angeordnet.
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Die Verbindungsstruktur 242 ist vorzugsweise aus einem Metall gefertigt.
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Eine Verbindung zwischen Verbindungsstruktur 242 und einer jeweiligen Profilstütze 110 erfolgt vorzugsweise über eine Schraubverbindung durch eine der in 3 schematisch dargestellten Öffnungen. Die Verbindung mit der jeweiligen Profilstützen kann also wie dargestellt radial und/oder tangential erfolgen. Durch die Verbindung mit der Verbindungsstruktur wird eine jeweilige Profilstützen 110 zwischen dem Fußbereich und dem Kopfbereich zusätzlich gebogen, sodass alle Profilstützen des entsprechenden Mastes in einem vorgespannten Zustand vorliegen.
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Um eine Stabilität des erfindungsgemäßen Mastes zu erhöhen, kann eine Mehrzahl an Verbindungsbereichen vorgesehen sein. Vorzugsweise umfasst der erfindungsgemäße Mast mindestens vier Verbindungsbereiche. In den dargestellten Ausführungsbeispielen aus 1 und 2 umfasst der jeweils dargestellte Mast 100, 200 fünf Verbindungsbereiche 140, 240.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer Bodenbefestigungsstruktur 132 im Fußbereich 130 des Mastes 100 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
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Die Bodenbefestigungsstruktur 132 kann über einen Flansch mit einer jeweiligen Profilstützen 110 verbunden sein. Vorzugsweise handelt es sich bei der Verbindung mit einer jeweiligen Profilstützen 110 um eine Schraubverbindung. Die Bodenbefestigungsstruktur 132 ist dabei vorzugsweise mit einem Teil verbunden, welches über ein Fundament an dem unter dem Mast befindlichen Boden befestigt ist. Ein dadurch gebildetes Schraubfundament stellt eine besonders zuverlässige Verbindung des erfindungsgemäßen Mastes 100 mit dem darunter befindlichen Boden dar.
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Ergänzend zu einer Verbindung einer jeweiligen Profilstützen mit dem Boden kann die Bodenbefestigungsstruktur 132 auch einer Befestigung der Profilstützen 110 untereinander direkt oder indirekt bereitstellen. Dies kann beispielsweise durch eine Struktur folgen, die vergleichbar oder identisch zu der in 4 dargestellten Verbindungsstruktur 242 ist.
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6 zeigt eine schematische Darstellung möglicher Orte für eine Befestigung von Nutzlast 660 an dem Mast 200 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
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In 6 ist der gleiche Mast 200 dargestellt wie in 2, wobei zusätzlich möglicher Orte für eine Befestigung der Nutzlast 660 gestrichelt dargestellt sind.
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Für die Befestigung der Nutzlast 660 ist vorzugsweise eine jeweilige Befestigungsstruktur an mindestens einer der Profilstützen 110 das Mastes 200 vorgesehen. Mögliche Befestigungsstrukturen für gängige Nutzlasten eines Mastes sind dem Fachmann bekannt und werden daher im Folgenden nicht detailliert beschrieben.
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6 zeigt, dass die Nutzlast 660 sowohl über dem Mast 200 als auch neben dem Kopfbereich 130 des Mastes 200 an der Kopfverbundstruktur 132 und/oder an einer separaten Befestigungsstruktur angeordnet sein kann. Ein solcher Bauraum im Kopfbereich 130 des Mastes 200 kann beispielsweise für eine Windkraftanlage, eine Kommunikationseinrichtung, wie etwa eine Antenne, eine Beleuchtung, ein Marketingobjekt, wie etwa eine Reklametafel, und/oder dergleichen verwendet werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann eine Nutzlast in einem der Verbindungsbereiche 140 das Mastes 200 und/oder einem anderen Bereich zwischen dem Fußbereich 120 und dem Kopfbereich 130 angeordnet sein. Hierfür kann die Nutzlast 660 an der Verbindungsstruktur 242 und/oder an einer separaten Befestigungsstruktur angeordnet sein. Ein solcher Bauraum im Verbindungsbereich 140 und/oder zwischen Verbindungsbereichen kann beispielsweise für eine Beleuchtung, ein Marketingobjekt, wie etwa eine Reklametafel, eine Freizeiteinrichtung und/oder dergleichen verwendet werden.
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An dem Fußbereich 120 des Mastes 200 kann ebenfalls über die Bodenbefestigungsstruktur 222 und/oder eine separate Befestigungsstruktur eine Nutzlast 660 angeordnet sein. Hierfür kann die Nutzlast 660 an der Bodenbefestigungsstruktur 222 und/oder an einer separaten Befestigungsstruktur angeordnet sein. Ein solcher Bauraum im Fußbereich 120 des Mastes 200 kann beispielsweise für urbane Zwecke, für eine Ladeeinrichtung, für ein Gerätelager und/oder dergleichen verwendet werden.
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Grundsätzlich kann der Mast für eine Vielzahl von Dingen und mithin für eine Vielzahl unterschiedlicher Nutzlasten verwendet werden. So kann an dem Mast beispielsweise eine Antenne, eine Windkraftanlage, eine Werbetafel, eine Beleuchtung und/oder dergleichen befestigt werden.
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7 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 700 gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Herstellen eines Mastes gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet. Hierfür umfasst es die im Folgenden geschilderten Schritte.
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Ein erster Schritt 710 umfasst ein Bereitstellen einer Mehrzahl von tragenden Profilstützen.
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Ein weiterer Schritt 720 umfasst ein Verbinden von tragenden Profilstützen in einem unteren Fußbereich des Mastes mit einer Bodenbefestigungsstruktur.
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Ein nächster Schritt 730 umfasst ein Verbinden von tragenden Profilstützen miteinander in einem oberen Kopfbereich des Mastes über eine Kopfverbundstruktur.
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Ein letzter Schritt 740 umfasst ein Verbinden von tragenden Profilstützen miteinander in mindestens einem Verbindungsbereich zwischen dem unteren Fußbereich und dem oberen Kopfbereich über eine Verbindungsstruktur derart, dass die tragenden Profilstützen in einem gebogenen und vorgespannten Zustand den Mast bilden, wobei der Mast im Fußbereich eine größere Breite aufweist als im Kopfbereich und wobei die Kopfverbundstruktur zumindest durch eine formschlüssige Verbindung zwischen tragenden Profilstützen in dem oberen Kopfbereich gebildet wird.
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Der erster Schritt 710, also das Bereitstellen der Mehrzahl von Profilstützen, erfolgt stets vor den weiteren Schritten, welche die konkreten Montageschritte beschreiben. Diese weiteren Schritte 720, 730 und 740 können abhängig von dem konkret vorliegenden Ausführungsbeispiel des Mastes in unterschiedlichen Reihenfolgen vorteilhaft ausgeführt werden. Vorzugsweise wird dabei der Schritt 740 als abschließender Schritt ausgeführt, weil dadurch abschließend die Vorspannung der Profilstützen sichergestellt wird.
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Durch diese Vorspannung wird erfindungsgemäß eine hohe Eigenfrequenz des Mastes ermöglicht, wodurch eine Stabilität des Mastes auch beim Vorliegen wechselnder äußerer Kräfte, beispielsweise bei Wind, ermöglicht wird.
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Vorzugsweise erfolgt das Verbinden in den Schritten 720, 730 und 740 durch manuell bereitstellbare Verbindungen, wie etwa durch eine jeweilige Schraubverbindung. Hierdurch ist eine Montage des erfindungsgemäßen Mastes besonders einfach durchführbar und kann in weniger als einem Tag ausgeführt werden. Zudem werden für die Montageschritte 720, 730 und 740 vorzugsweise weniger als 5 Personen, wie beispielsweise zwei Personen benötigt.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 200
- Mast
- 110
- Profilstütze
- 120
- Fußbereich
- 122, 222
- Bodenbefestigungsstruktur
- 124
- Schraubfundament
- 130
- Kopfbereich
- 132
- Kopfverbundstruktur
- 140
- Verbindungsbereich
- 142, 242
- Verbindungsstruktur
- 150
- zentrale Längsachse
- 225
- Fundament
- 334
- Zahnstruktur, formschlüssige Verbindung
- 336
- Kopfverbindungsstruktur
- 660
- Nutzlast
- 700
- Verfahren
- 710, 720, 730, 740
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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